某SUV 車型低速液壓轉(zhuǎn)向嘯叫分析與優(yōu)化

呂運(yùn)川，郭德亮

（眾泰汽車工程研究院，浙江 杭州 310000）

前言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多車企基于整車成本壓力仍采用液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS），HPS 性能的好壞不僅直接影響到汽車行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性還對(duì)整車駕駛舒適性產(chǎn)生較大影響。另外，隨著國內(nèi)行業(yè)NVH 性能整體水平的不斷提升，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲逐漸成為整車備受關(guān)注的關(guān)鍵NVH 性能之一，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下液壓系統(tǒng)的嘯叫噪聲使乘客心理產(chǎn)生煩躁不適感，其嚴(yán)重程度會(huì)影響到車型上市和企業(yè)品牌的質(zhì)量口碑。

本文結(jié)合實(shí)例某SUV 車型在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速行駛時(shí)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲。采用斷開排除、濾波分析和階次切片分析方法確定了轉(zhuǎn)向油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾為噪聲傳遞的主要路徑。通過優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)，有效降低嘯叫10.6dB(A)，主觀車內(nèi)HPS 噪聲達(dá)到7.0 分水平。

1 問題描述

某SUV 車型小油門加速800rpm～1300rpm 車內(nèi)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲。主觀評(píng)價(jià)5.0 分不能接受，且聲音令人產(chǎn)生煩躁感。

2 原因分析

為了分析問題產(chǎn)生原因，首先確定“嗚嗚”嘯叫階次。在消音室定義車輛測(cè)試工況模擬整車低速行駛，定義的工況為定置P 檔，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試轉(zhuǎn)速為750rpm～3000rpm 升速，緩踩油門，每次油門開度一致。從圖1 采集到的車內(nèi)噪聲彩色頻譜圖可知750rpm～1800rpm 區(qū)間12.8 階階次能量突出，用LMS 后處理Replay & Filter 模塊濾波回放，濾掉12.8 階后車內(nèi)“嗚嗚”嘯叫消失，由此可斷定嘯叫階次為12.8 階。圖1橫坐標(biāo)頻率為225Hz 時(shí)縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1054rpm，由發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)附件泵工作頻率計(jì)算公式(1)可以求出附件泵的傳動(dòng)比i。

圖1 車內(nèi)駕駛員右耳colormap 圖

發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)附件泵工作頻率的計(jì)算公式如下：

式中：f 為附件泵的工作頻率；k 為簡諧次數(shù)；npump為附件泵的葉片數(shù)；nengine為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，i 為泵的傳動(dòng)比。

本車型SUV 液壓轉(zhuǎn)向泵的傳動(dòng)比1.28，泵的葉片數(shù)為10 片，將工作頻率225Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1054rpm 以及泵的葉片數(shù)10 代入公式（1）可以求出i 為1.28，由此初步推斷“嗚嗚”嘯叫聲是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲。

為了進(jìn)一步確定噪聲源，用斷開法將液壓轉(zhuǎn)向泵皮帶拆除，隔離轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作。同時(shí)采用階次切片分析方法將12.8階噪聲從colormap 圖中提取出來進(jìn)行針對(duì)性的階次噪聲分析。如圖2，拆除皮帶后車內(nèi)12.8 階噪聲大幅下降，由此可以斷定“嗚嗚”嘯叫聲是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪聲。

圖2 原狀態(tài)與拆掉皮帶后車內(nèi)12.8 階噪聲對(duì)比

動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常常趨向引起嚴(yán)重的噪音。主要的噪音源通常是泵，閥也是個(gè)噪音源。噪音源通常分為三類：空氣傳播噪音（ABN）、結(jié)構(gòu)傳播的噪音（SBN）、流體傳播的噪音（FBN）[1]。

其中ABN 與泵的本體輻射噪聲和整車的前圍隔聲量有關(guān)。SBN 其主要傳播路徑有①高低壓管路與車身或副車架的連接點(diǎn)。②轉(zhuǎn)向油壺支架車身安裝點(diǎn)。③發(fā)動(dòng)機(jī)懸置：液壓轉(zhuǎn)向泵和發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置一起安裝在車體或車架上，然后傳遞到車身上[2]。④通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向管柱傳遞到方向盤。⑤通過空調(diào)高低壓管以及暖風(fēng)水管傳遞到HVAC，HVAC 傳遞到CCB 橫梁，橫梁再通過安裝點(diǎn)傳遞到車身結(jié)構(gòu)上。FBN 是液體中的壓力波動(dòng)，它是SBN 的一個(gè)主要來源，從而也是ABN 的主要原因。FBN 可以沿著液壓管路傳播很遠(yuǎn)。

本文主要從SBN 這個(gè)主要傳遞路徑進(jìn)行排查和制定優(yōu)化方案。運(yùn)用斷開法，將高低壓管路隔震管夾的安裝點(diǎn)逐個(gè)斷開排查貢獻(xiàn)最大的隔震管夾。通過以上方法確定了高壓管路與轉(zhuǎn)向機(jī)本體連接的隔震管夾對(duì)12.8 階嘯叫貢獻(xiàn)最大。

圖3 高壓管路隔震管夾斷開噪聲改善效果圖

如圖3，高壓管路隔震管夾斷開后1000rpm 左右12.8 階噪聲峰值降低10.5dB(A)。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)斷開油壺安裝支架，750rpm～2000rpm 區(qū)間聲壓級(jí)都有不同程度改善，且都滿足目標(biāo)值曲線33.0dB(A)，見圖4。

圖4 油壺安裝支架斷開噪聲改善效果圖

3 整改措施及方案驗(yàn)證

通過對(duì)液壓轉(zhuǎn)向噪聲傳遞路徑進(jìn)行分析，得出高壓管路隔震管夾和油壺安裝支架是嘯叫主要的傳遞路徑。因此對(duì)高壓管隔震管夾進(jìn)行優(yōu)化，見圖5（左圖）原隔震橡膠結(jié)構(gòu)單一無特殊降噪結(jié)構(gòu)特征、隔震性能有限、性能不穩(wěn)定。優(yōu)化后的管夾見圖5（右圖），固定支架牢靠、膠塊鋸齒與高壓管的接觸面積小，管路振動(dòng)具有彈性緩沖空間，不存在原狀態(tài)隔震橡膠因螺絲安裝扭矩過度和高壓管裝配公差帶來的擠壓變形問題，性能更穩(wěn)定，具有突出的隔震降噪效果，能有效降低管路傳遞到副車架和車身的振動(dòng)，顯著降低車內(nèi)轉(zhuǎn)向嘯叫噪音。

圖5 高壓管隔振管夾優(yōu)化圖

圖6 轉(zhuǎn)向油壺支架優(yōu)化圖

圖7 優(yōu)化前后車內(nèi)12.8 階聲壓級(jí)對(duì)比圖

原狀態(tài)轉(zhuǎn)向油壺支架三個(gè)安裝點(diǎn)比較集中，油壺處于懸臂狀態(tài)，支架下端的隔震墊處在壓縮狀態(tài)不利于隔震。優(yōu)化后的油壺支架，見圖6（右圖）安裝點(diǎn)均勻使每個(gè)安裝點(diǎn)受力接近均勻。

優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾能有效降低12.8 階嘯叫10.6dB(A)，見圖7。主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)HPS 噪聲達(dá)到7.0 分水平。

4 結(jié)論

本文以某SUV 車型在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速行駛時(shí)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)明顯“嗚嗚”嘯叫噪聲為例。采用斷開排除、濾波分析和階次切片分析方法確定了轉(zhuǎn)向油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管管夾隔震不足為噪聲傳遞的主要路徑。通過優(yōu)化油壺安裝支架和轉(zhuǎn)向高壓油管隔震管夾降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)，有效降低嘯叫10.6dB(A)。